DE2746399C2 - Attitude control device for spacecraft - Google Patents

Attitude control device for spacecraft

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DE2746399C2
DE2746399C2 DE2746399A DE2746399A DE2746399C2 DE 2746399 C2 DE2746399 C2 DE 2746399C2 DE 2746399 A DE2746399 A DE 2746399A DE 2746399 A DE2746399 A DE 2746399A DE 2746399 C2 DE2746399 C2 DE 2746399C2
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detector
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spacecraft
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur SteuerungThe invention relates to a device for controlling

der Lage von Raumfahrzeugen, insbesondere Satelliten, mit π = 3,4, 5 ... identischen Steuerketten, von denen jede einen Detektor und ein Drallreaktionsrad aufweist, welches ein regelbares Drallmoment bezüglich einerthe position of spacecraft, in particular satellites, with π = 3, 4, 5 ... identical control chains, each of which has a detector and a spin reaction wheel, which has a controllable spin torque with respect to a

zugeordneten Achse von insgesamt η gleichmäßig umassigned axis of a total of η evenly around

eine an das Raumfahrzeug gebundene Bezugsachsea reference axis tied to the spacecraft herum verteilten und einen Winke! mit dieser bildendenspread around and give a wink! with this educational

Achsen liefertAxes supplies Eine derartige Vorrichtung ist aus der DruckschriftSuch a device is from the document

ίο »AIAA-Paper Nr. 76-263« von Hummel, leid undίο "AIAA-Paper No. 76-263" by Hummel, sorry and

Tesch, mit dem Titel »A NEW CONCEPT FORTesch, entitled “A NEW CONCEPT FOR CONTROL OF COMMUNICATION SATELLITECONTROL OF COMMUNICATION SATELLITE USING RESIDUAL PITCH MOMENTUM« bekanntUSING RESIDUAL PITCH MOMENTUM « Bei der bekannten Steuervorrichtung wird dieIn the known control device, the

is Geschwindigkeit, d. h. die Drehzahl der Reaktionsräder gemessen, um daraus die Winkellage des Satelliten zu bestimmen. Dieses Meßverfahren ist aber nur dann anwendbar, wennis speed, d. H. the speed of the reaction wheels measured in order to determine the angular position of the satellite. This measuring method is only then applicable if

1. auf den Satelliten nur geringe externe und interne1. on the satellites only minor external and internal

Drehmomente einwirken oder 2. wenn der Satellit nur sehr schwachen äußerenActing torques or 2. if the satellite only has very weak external

Störmomenten ausgesetzt ist und wenn er mitIs exposed to interfering moments and when he is with

Sensoren ausgerüstet ist, welche die Werte für mindestens zwei Orientierungswinkel des SatellitenSensors are equipped, which the values for at least two orientation angles of the satellite bezüglich seines externen Bezugspunktes liefern.with respect to its external reference point.

Insgesamt ist in der zitierten Druckschrift eine Steuerung für die Winkellage eines Nachrichtensatelli-Overall, a control for the angular position of a communications satellite is in the cited publication

jo ten beschrieben, der synchron mit der Erdumdrehung umläuft Ein solcher Satellit befindet sich bezüglich der Erde in einer stationären Höhe. Außerdem wirken auf einen solchen Satelliten nur sehr schwache externe Drehmomente in der Größenordnung von 10~5 Nm ein.jo ten described, which orbits synchronously with the rotation of the earth. Such a satellite is at a stationary altitude with respect to the earth. In addition, only very weak external torques on the order of 10 ~ 5 Nm act on such a satellite.

In diesem Fall kann das Gesetz der Aufrechterhaltung des kinetischen Gesamtmomentes des Satelliten ausgewertet werden, um eine Orientierung bezüglich der drei Satellitenachsen zu gewährleisten, indem man gemäß der oben aufgeführten zweiten Variante auf spezielleIn this case, the law of maintenance can of the total kinetic moment of the satellite are evaluated in order to provide an orientation with regard to the three Ensure satellite axes by using special

Weise zwei Winkel mißtWay measures two angles

Satelliten mit niedrigem Orbii, deren Umlaufbahn eine Höhe zwischen etwa 500 und 1000 Kilometer aufweist, sind jedoch externen Drehmomenten ausgesetzt, die üblicherweise aerodynamischen UrsprungsLow orbital satellites with an orbit between approximately 500 and 1,000 kilometers has, however, are exposed to external torques, which are usually of aerodynamic origin sind und 100 bis lOOOmal größer als die externen Drehmomente an Synchronsatelliten sind. Bei solchen niedrig fliegenden Satelliten gestattet die Messung der Drehzahl der Reaktionsräder jedoch nicht mehr die Bestimmung der Winkellage des Satelliten.and are 100 to 100 times greater than the external torques on synchronous satellites. In such However, low-flying satellites no longer permit the measurement of the speed of the reaction wheels Determination of the angular position of the satellite.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lagesteuervorrichtung anzugeben, die auch bei niedrig fliegenden Satelliten, welche hohen externen DrehmomentenBased on the state of the art and the The problem set out above is based on the object of the invention to provide an attitude control device which can also be used when flying low Satellites which have high external torques ausgesetzt sind, eine zuverlässige Lagesteuerung gestattet und dennoch mechanisch und elektronisch vergleichsweise einfach ausgebildet ist.are exposed, a reliable position control is allowed and yet mechanically and electronically is comparatively simple.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gemäß der ErfindungThis object is achieved with a device of the type described in the introduction according to the invention dadurch gelöst, daß jeder Detektor ein die Winkelabweichung oder die Abweichung der Winkelgeschwindigkeit bezüglich eines Sollwerts kennzeichnendes Signal liefert und daß die einzelnen Steuerketten unabhängig voneinander sind.solved in that each detector has an angular deviation or the deviation of the angular velocity with respect to a target value characterizing Signal supplies and that the individual control chains are independent of each other.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Lagesteuervorrichtung besteht darin, daß durch die Unabhängigkeit der einzelnen Steuerketten voneinander eine besonders einfache Ausgestaltung der insge-The decisive advantage of the position control device according to the invention is that by the Independence of the individual control chains from one another a particularly simple design of the overall

samt erforderlichen Steuereinrichtungen ermöglicht wird. Weiterhin kann mit Hilfe von drei Steuerketten eine vollständige Messung der Winkelbewegungen des Raumfahrzeugs erfolgen und eine entsprechende Lagekorrektur herbeigeführt werden. Zusätzliche Steuerketten können als Reserve bereitgehalten werden. together with the necessary control devices is made possible. Furthermore, with the help of three timing chains a complete measurement of the angular movements of the spacecraft can be made and a corresponding one Correction of position can be brought about. Additional timing chains can be kept as a reserve.

Vorteilhaft ist es, wenn jedem Drallreaktionsrad jeweils ein Antriebsmotor zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zugeordneten Detektors durcn eine Steuerelektronik steuerbar ist Dabei ist zu beachten, daß unter einem Drallreaktionsrad im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch ein Schwungrad zu verstehen ist, welches in allen Betriebsphasen eine erhebliche gyroskopische Steifigkeit besitztIt is advantageous if a drive motor is assigned to each swirl reaction wheel, which in Can be controlled by control electronics as a function of the output signal of the associated detector It should be noted that under a swirl reaction wheel in the sense of the present application also a Flywheel is to be understood, which has a considerable gyroscopic rigidity in all phases of operation owns

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Drallreaktionsräder gleichmäßig um die Bezugsachse herum verteilt sind und mit dieser einen Winkel zwischen 5 und 85° einschließen. Dabei liegen die einzelnen Detektoren zweckmäßigerweise auf einer Linie mit dem entsprechenden Drallreaktionsrad, können aus Platzgründen aber auch so angeordnet werden, daß ihre Achse jeweils einen kleinen Winkel von maximal 10° mit der Achse des Rades bildet, jedoch in der gleichen durch die Bezugsachse gehenden Ebene liegtIt is also advantageous if the spin reaction wheels are evenly distributed around the reference axis and with this an angle between 5 and 85 ° lock in. The individual detectors are expediently on a line with the corresponding one Swirl reaction wheel can, for reasons of space, also be arranged in such a way that their respective axes forms a small angle of maximum 10 ° with the axis of the wheel, but in the same through the Reference axis lies in the plane

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält ferner vnrziiirsweise noch Entsät-iaungsmittel. welche durch .■ ^.νί,Γ·" \on Masse odo- -lurch ''ViVi-iseiwirkung nut ;;'--:r. !iii^cbcnden Mittel arbeiten una <:c-n Draüreaktionsrädern zugeordnet sind, und Betätigungs.Tiittel für die Entsättigungsmittel, durch die die Entsältigungsmittel dann aktivierbar sind, wenn eine erforderliche Lagekorrektur andernfalls bei mindestens einem der Drallreaktionsräder die Erzeugung einer die normale Betriebsdrehzahl desselben überschreitenden Drehzahl erforderlich machen würde.The device according to the invention also contains deseeding agents. . which by ■ ^ .νί, Γ · '\ on mass ODO -lurch''ViVi-iseiwirkungnut;' -.! r ^ iii cbcnden means working una <cn Draüreaktionsrädern are assigned and Betätigungs.Tiittel for the desaturation means, by means of which the desalting means can then be activated if a required position correction would otherwise require the generation of a speed that exceeds the normal operating speed of at least one of the swirl reaction wheels.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to a drawing

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines die Erde auf einer stark elliptischen Bahn umlaufenden Satelliten;1 shows a schematic representation of a satellite orbiting the earth on a highly elliptical orbit;

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung der Drallreaktionsräder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich der Bezugsachse O-z des Satelliten, wobei nur ein einziger Detektor dargestellt ist;F i g. 2 shows a schematic representation of a possible arrangement of the spin reaction wheels of a device according to the invention with respect to the reference axis Oz of the satellite, only a single detector being shown;

Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines der Drallreaktionsräder mit seinem zugeordneten und mit ihm fluchtenden Detektor;3 is a perspective view of one of the Spin reaction wheels with its associated detector that is in alignment with it;

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer der Steuerketten der Vorrichtung gemäß der Erfindung.F i g. Figure 4 is a block diagram of one of the control chains of the device according to the invention.

Im einzelnen zeigt F i g. 1 einen Satelliten 10, welcher die Erde Tauf einer stark elliptischen Bahn 11 umkreist und eine einzige Symmetrie- bzw. Hauptachse O-z besitzt. Weitere Achsen O-x und O-y bilden mit der Achse O-z ein rechtwinkliges Achsensystem.In detail, FIG. 1 a satellite 10 which orbits the earth T on a strongly elliptical orbit 11 and has a single symmetry or main axis Oz . Other axes Ox and Oy form a right-angled axis system with the Oz axis.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vier identische Steuerketten vorgesehen. Jede dieser Steuerketten umfaßt dabei ein Drallreaktionsrad 12a bis 12c/, einen tragen Detektor — in Fig. 2 ist nur ein einziger Detektor 13a dargestellt - und eine Steuerelektronik zur Aufbereitung der Ausgangssignale des Detektors und zur entsprechenden Steuerung des zugeordneten Drallreaktionsrades. Die Achsen der vier Drallreaktionsräder 12a bis 12c/ schneiden die Symmetrieachse O-z des Satelliten ailf im Punkt O. Die Achsen der vier Drallreaktionsräder 12a bis 12c/sind zweckmäßigerweise eleichmäßig um die Achse O-z verteilt. Der Einfachheit halber wird nachstehend angenommen, daß die Achsen der DrallreaktionsrSder 12a und 12c in der Ebene O-y- ζ liegen, während die Achsen der Drallreaktionsräder 12Z> und 12din der Ebene O-*-zIiegen.In the embodiment of a device according to the invention shown in FIG. 2, four identical control chains are provided. Each of these control chains comprises a twist reaction wheel 12a to 12c /, a wear detector - only a single detector 13a is shown in FIG. 2 - and control electronics for processing the output signals of the detector and for the corresponding control of the associated twist reaction wheel. The axes of the four spin reaction wheels 12a to 12c / intersect the axis of symmetry Oz of the satellite ailf at point O. The axes of the four spin reaction wheels 12a to 12c / are expediently distributed equally around the axis Oz . For the sake of simplicity, it is assumed below that the axes of the spin reaction wheels 12a and 12c lie in the plane Oy- ζ , while the axes of the spin reaction wheels 12Z> and 12din lie in the plane O - * -.

Die Achse jedes Drallreaktionsrades — nachstehend der Einfachheit halber als Rad bezeichnet — bildet mit der Ebene O-x-y einen Winkel β zwischen 5 und 85", In der Praxis beträgt der Winkel β häufig etwa 30". DerThe axis of each spin reaction wheel - hereinafter referred to as the wheel for the sake of simplicity - forms an angle β between 5 and 85 "with the plane Oxy . In practice, the angle β is often around 30". Of the

Winkel β ist zweckmäßig bei jedem der vier Räder gleich. Diese Bedingung muß jedoch nicht unbedingt erfüllt sein.The angle β is expediently the same for each of the four wheels. However, this condition does not necessarily have to be met.

Jedem Rad, beispielsweise dem Rad 12a, ist ein träger Detektor, beispielsweise der Detektor 13a, zugeordnet, welcher ein Ausgangssignal liefert, das eine Funktion der Winkelbewegungen um eine bestimmte Achse ist weiche bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 mit der Achse des zugeordneten Rades zusammenfällt welche jedoch auch, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist, mit der Achse des Rades einen Winkel α von maximal ~10° einschließen kann.Each wheel, for example wheel 12a, has a carrier Detector, for example the detector 13a, assigned, which provides an output signal that is a function of angular movements about a particular axis soft in the embodiment according to FIG. 3 which coincides with the axis of the assigned wheel however, as shown in FIG. 2 is shown, with the axis of the wheel an angle α of a maximum of ~ 10 ° may include.

Der Detektor 13a kann insbesf ,*dere durch ein integrierendes, eine einzige Achse aufweisendes Gyroskop gebildet werden, welches ein Ausgangssignal liefert, welches zum Integral der Drehgeschwindigkeit um die Eingangsachse proportional ist Fig.3 zeigt schematich ein derartiges integrierendes Gyroskop vom sogenannten »schwebenden« Ty d. Der Motor und cur kreisii 14 des Gyroskops sind um eine Spin-AchseThe detector 13a can espf, * dere by a integrating single axis gyroscope which provides an output supplies, which is proportional to the integral of the rotational speed around the input axis Fig.3 shows schematich such an integrating gyroscope of the so-called "floating" Ty d. The engine and cur Kreisii 14 of the gyroscope are around a spin axis

■ 15 in einem eint: kardanische Aufhängung bildenden Schwimmer 16 drehbar, der seiner.eits um eine Ausgangsachse 17 drehbar ist und sich im indifferenten Gleichgewicht in einer das Gehäuse 18 des Gyroskops füllenden viskosen Flüssigkeit befindet Ein Detektor 19 liefert ein Ausgangssignal, welches eine Funktion des Drehwinkels des Schwimmers 16 um die Ausgangsachse 17 ist das heißt ein elektrisches Ausgangssignal, welches zum Winkel der Abweichung der Spin-Achse 15 von einer Bezugsstellung proportional ist. Man erkennt, daß■ 15 in one: forming a cardanic suspension Float 16 rotatable, which in turn is rotatable about an output axis 17 and is in the indifferent A detector 19 is in equilibrium in a viscous liquid filling the housing 18 of the gyroscope provides an output signal which is a function of the angle of rotation of the float 16 about the output axis That is to say, 17 is an electrical output signal which corresponds to the angle of deviation of the spin axis 15 from is proportional to a reference position. You can see that

■Ό jeder Detektor in diesem Fall ein Signal liefert, welches als eine der Komponenten eines für einen Lagefehler kennzeichnenden Vektors angesehen werden kann. Aus den verfügbaren Signalen muß nun entweder ein für das auf die Räder auszuübende Steuermoment kennzeichnendes Signal gebildet werden oder ein für die den Rädern zu erteilende Drehzahl kennzeichnendes Signal, damit die richtige Lage des Satelliten bzw. ganz allgemein eines Raumfahrzeugs durch den Austausch von kinetischen Momenten zwischen den Drallreaktionsrädern und dem Körper des Satelliten wieder hergestellt wird.■ Ό each detector in this case supplies a signal which can be regarded as one of the components of a vector indicative of a position error. the end the available signals must either be indicative of the control torque to be exerted on the wheels Signals are generated or a signal that characterizes the speed to be given to the wheels, thus the correct position of the satellite or, more generally, of a spacecraft through the exchange of kinetic moments between the spin reaction wheels and the body of the satellite will be produced.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet werden, daß nur drei Steuerketten gleichzeitig benutzt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daO .-.iHächst nur die Steuerketten mit den drei Drallreaktionsrädern 12a bis 12cverwendet werden. Ein Sicherheitssystem, v. dches hier nicht näher beschrieben werden soll, greift nun bei einer Störung einer dieser Ketten ein und ersetzt die gestörte Steuerkette durchThe device according to the invention can be designed so that only three control chains at the same time to be used. For example, it can be provided that only the timing chains with the three Spin reaction wheels 12a to 12c can be used. A security system, v. not described here in detail is to be, intervenes in the event of a fault in one of these chains and replaces the faulty timing chain with

e" die Steuerkette mit dem Drallreaktionsrad 12c/. e "the timing chain with the twist reaction wheel 12c /.

Eine mathematistne Analyse gestattet es, aus den drei Ausgangssigiialen der drei im Betrieb befindlichen Detektoren den Vektor des Lagefehlers zu bestimmen und daraus die erforderlichen Steuermomente inA mathematical analysis allows the three To determine the vector of the position error, the output signals of the three detectors in operation and from this the required control torques in

b' Richtung der den drei Detektoren entsprechenden Achsen abzuleiten. Diese mathematischen Zusammenhänge können durch eine quadratische Matrix mit drei Zeilen und drei Spalten beschrieben werden, in welcher b ' to derive the direction of the axes corresponding to the three detectors. These mathematical relationships can be described by a square matrix with three rows and three columns, in which

alle Ausdrücke von Null verschieden sind.all expressions are non-zero.

Wenn eine derartige Matrix nicht vereinfacht werden kann, müßten zur Gewährleistung der Steuerung des Satelliten die Steuerketten eigentlich miteinander gekoppelt werden. Eine Berechnung zeigt jedoch, daß man alle nicht diagonalen Ausdrücke der Matrix vernachlässigen kann. Diese Rechnung wird durch eine Nachbildung des Systems mit Hilfe eines Rechners bestätigt. Infolgedessen kann man jedes Detektorausgangssignal einem einzigen Drallreaktionsrad zuordnen, um das dort auszuübende Moment bzw. die dort erforderliche Drehzahl einzustellen. Die drei Steuerketten können also völlig unabhängig voneinander und außerdem untereinander identisch sein, selbst wenn die Achsen der Drallreaktionsräder nicht gleichmäßig um die Achse Oz herum verteilt sind.If such a matrix cannot be simplified, the control chains would actually have to be coupled to one another in order to guarantee the control of the satellite. However, a calculation shows that all non-diagonal terms of the matrix can be neglected. This invoice is confirmed by a simulation of the system with the help of a computer. As a result, each detector output signal can be assigned to a single twist reaction wheel in order to set the torque to be exerted there or the speed required there. The three timing chains can therefore be completely independent of one another and, moreover, identical to one another, even if the axes of the spin reaction wheels are not evenly distributed around the axis Oz .

Die zu den einzelnen Dralireaktionsrädern gehörigen Steuerketten, beispielsweise die Steuerkette mit dem Drallreaktionsrad 12a, können in der in F i g. 4 gezeigten Weise ausgebildet sein. Gemäß F i g. 4 wird das Ausgangssignal des Detektors 13a einem Tiefpaß oder einem Bandfilter 20 zugeführt, dessen obere Grenzfrequenz unter Berücksichtigung des Rauschens (insbesondere des Detektors) gewählt wird. Auf den Tiefpaß 20 folgt ein analoges Steuernetz 21, welches im übrigen in der Praxis mit dem Tiefpaß 20 kombiniert wird. Falls der Detektor ein integrierendes Gyroskop der oben beschriebenen Art ist und sein Ausgangssignal das durch einen Motor 22 an das Drallreaktionsrad 12a anzulegende Moment darstellt, enthält das Steuernetz 21 außerdem einen differenzierenden Regelteil (zur Erzielung der Dämpfung) und einen proportionalen Regelteil (für die Rückholung) und gegebenenfalls einen integralen Regelteil zur Verringerung des statischen Fehlers. Weiterhin wird die Übertragungsfunktion des Steuernetzes entsprechend der zugeordneten, vorstehend erläuterten Matrix bestimmt.Those belonging to the individual twist reaction wheels Control chains, for example the control chain with the twist reaction wheel 12a, can in the form shown in FIG. 4 shown Way to be trained. According to FIG. 4, the output signal of the detector 13a is a low-pass filter or fed to a band filter 20, the upper limit frequency of which, taking into account the noise (in particular of the detector) is selected. The low-pass filter 20 is followed by an analog control network 21, which is also shown in FIG in practice is combined with the low-pass filter 20. In case the detector is an integrating gyroscope the above described type and its output signal by a motor 22 to the spin reaction wheel 12a represents the moment to be applied, the control network 21 also contains a differentiating control part (for Achieving the damping) and a proportional control part (for the return) and possibly one integral control part to reduce the static error. Furthermore, the transfer function of the Control network determined in accordance with the assigned matrix explained above.

Schließlich wird das Ausgangssignal des Steuernetzes 21 an eine logische Treiber- bzw. Leistungsschaltung 23 angelegt, welche Schwellwerte für die Ansteuerung des Motors 22 aufweist.Finally, the output signal of the control network 21 is sent to a logic driver or power circuit 23 which has threshold values for controlling the motor 22.

Das Steuernetz muß natürlich verändert werden, wenn sich die Art des Eingangssignals oder die Art des Ausgangssignals ändert. Wenn man zum Beispiel von einem die Winkelabweichung kennzeichnenden Eingangssignal ausgeht, um ein die dem Drallreaktionsrad zu erteilende Drehzahl bzw. Geschwindigkeit kennzeichnendes Ausgangssignal zu erhalten oder von einem eine Geschwindigkeitsangabe darstellenden Eingangssignal, um ein für das an das Drallreaktionsrad anzulegende Moment kennzeichnendes Ausgangssignal zu erhalten, dann enthält das Steuernetz 21 proportion« le und integrierende Regeleinrichtungen und gegebenenfalls doppelt integrierende Regeleinrichtungen. In vorteilhafter Weise wird also die Steuerung durch einfache, voneinander unabhängige elektronische Steuerketten ermöglicht, wobei gleichzeitig die für die Zuverlässigkeit des Systems erforderliche Redundanz durch eine einzige zusätzliche Steuerkette gewährleistet wird, deren Hauptelemente ein Drallreaktionsrad und ein träger Detektor sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet dabei zusätzlich den Vorteil, daß sie sich besonders für Satellitei. mit einer einzigen Symmetrieachse eignet, insbesondere für Satelliten, deren Trägheitsmoment bezüglich dieser Symmetrieachse von den Trägheitsmomenten bezüglich zweier dazu senkrechter Achsen stark verschieden ist.The control network must of course be changed if the type of input signal or the type of Output signal changes. For example, if one thinks of an input signal that characterizes the angular deviation starts out in order to indicate the rotational speed or speed to be given to the spin reaction wheel To receive an output signal or from an input signal representing a speed specification, an output signal indicative of the torque to be applied to the spin reaction wheel To obtain, the control network 21 contains proportional and integrating control devices and possibly double integrating control devices. The control is therefore advantageously carried out allows simple, independent electronic timing chains, while at the same time the for the Reliability of the system required redundancy guaranteed by a single additional control chain whose main elements are a swirl reaction wheel and a sluggish detector. The inventive The device has the additional advantage that it is particularly suitable for satellites. with a single The axis of symmetry is particularly suitable for satellites whose moment of inertia is related to this axis of symmetry is very different from the moments of inertia with respect to two perpendicular axes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vonbhtung zur Steuerung der Lage von Raumfahrzeugen, insbesondere Satelliten, mit π = 3, 4, 5 ,.. identischen Steuerketten, von denen jede einen Detektor und ein Drallreaktionsrad aufweist, welches ein regelbares Drallmoment bezüglich einer zugeordneten Achse von insgesamt π gleichmäßig um eine an das Raumfahrzeug gebundene Bezugsachse herum verteilten und einen Winkel mit dieser bildenden Achsen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor (13aj ein die Winkelabweichung oder die Abweichung der Winkelgeschwindigkeit bezüglich eines Sollwerts kennzeichnendes Signal liefert und daß die einzelnen Steuerketten unabhängig voneinander sind.1. Vonbhtung to control the position of spacecraft, in particular satellites, with π = 3, 4, 5, .. identical control chains, each of which has a detector and a twist reaction wheel, which has a controllable twist torque with respect to an assigned axis of a total of π uniformly distributed around a reference axis bound to the spacecraft and providing an angle with the axes forming this, characterized in that each detector (13aj supplies a signal characterizing the angular deviation or the deviation of the angular velocity with respect to a setpoint value and that the individual control chains are independent of one another. 2. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Drallreaktionsrad (12a bis \2d) jeweils ein Antriebsmotor (22) zugeordnet ist, welcher in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zugeordneten Detektors (13 bis \3d) durch eine Steuereücfttronik (20,21.23) steuerbar ist2. Device according to claim!, Characterized in that each twist reaction wheel (12a to \ 2d) is assigned a drive motor (22) which, depending on the output signal of the assigned detector (13 to \ 3d), is controlled by a control unit (20,21,23) is controllable 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallreaktionsräder (12a bis \2d) gleichmäßig um eine als Bezugsachse dienende bevorzugte Achse des Raumfahrzeugs verteilt sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the spin reaction wheels (12a to \ 2d) are evenly distributed around a preferred axis of the spacecraft serving as a reference axis. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Drallreaktionsräder (12a bis Md) vorgesehen sind, deren Achsen gleichmäßig um die Bezugsachse herum verteilt sind und mit dieser einen Winkel zwischen 5 und 85° einschließen.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that four spin reaction wheels (12a to Md) are provided, the axes of which are evenly distributed around the reference axis and enclose an angle between 5 and 85 ° with this. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, cjß die Steuerelektronik P-Regeleinrichtungen umfaßt5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control electronics Includes P-control devices 6. Vorrichtung nach einem ier Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik Pl-Regeleinrichtungen umfaßt6. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control electronics PI control devices included 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik PID-Regeleinrichtungen umfaßt7. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control electronics Includes PID control devices 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierende Teil der PID-Regeleinrichtungen als doppelt integrierender feil ausgebildet ist8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the integrating part of the PID control devices as a double integrating file is trained 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor und das Drallreaktionsrad mindestens einer als Reserveeinheit vorgesehenen Steuerkette anstelle einer ausgefallenen Steuerkette einsetzbar sind.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the detector and the Twist reaction wheel at least one control chain provided as a reserve unit can be used instead of a failed control chain. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Entsättigungsmittel vorgesehen sind, weiche durch Auswurf von Masse oder durch Wechselwirkung mit dem umgebenden Mittel arbeiten und den Drallreaktionsrädern zugeordnet sind, und daß Betätigungsmittel für die Entsättigungsmittel vorgesehen sind, durch die die Entsättigungsmittel dann aktivierbar sind, wenn eine erforderliche Lagekorrektur andernfalls bei mindestens einem der Drallreaktionsräder die Erzeugung einer die normale Betriebsdrehzahl desselben überschreitenden Drehzahl erforderlich machen würde.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that desaturation means are provided, soft by ejection of mass or work by interacting with the surrounding agent and the swirl reaction wheels are assigned, and that actuating means are provided for the desaturation means through which the Desaturation means can be activated when a required position correction otherwise occurs in at least one of the swirl reaction wheels require a speed that exceeds the normal operating speed of the same would.
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